Photovoltaik und Solarthermie: Das müssen Sie über Solarenergie wissen

So sparen Sie mit einer Photovoltaikanlage

Erneuerbare Energie liegt im Trend. Im Jahr 2020 will die Bundesrepublik Deutschland die Energiewende einläuten und das letzte Atomkraftwerk auf deutschem Boden abschalten, der Umwelt zuliebe. Zusätzlich sollen mindestens 80 Prozent des Bruttostromverbrauches über Photovoltaik, Solarthermie, Windkraft etc. generiert werden.

Damit Deutschland diese Zahl auch erreichen kann, gibt es zahlreiche Gesetze und Vergünstigungen für Bürger, wenn sie eine Photovoltaikanlage auf ihrem Grundstück installieren oder Solarthermie nutzen. Welche das sind und wie eine Solaranlage funktioniert, lesen Sie in diesem Ratgeber. Zudem finden Sie auch Informationen über eine Soalrthermie-Anlage im Text.

Wie wandelt eine Photovoltaikanlage Sonnenstrahlen in Solarenergie um?

Wer schon einmal mitten in der prallen Sonne stand, weiß, wie viel Hitze der Stern von sich geben kann. Und genau diese Energie nutzte erstmals die Raumfahrt im Jahr 1958 für sich. Sogenannte Sonnensegel wurden an Raumsonden montiert, damit sie ihre eigene Energie produzieren, mit der sie sich durch das Weltall bewegen.

Später entwickelten Wissenschaftlicher kleine Solarzellen für den privaten Gebrauch, die solar funktionierten. Die Technik fand erstmals in Taschenrechnern Anwendung. Heutzutage gibt es ganze Freiflächen voller Photovoltaikanlagen, die Solarenergie produzieren. Die Solarthermie funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip und entwickelte sich aus der Photovoltaik-Technik. Im Jahr 2014 lag der Anteil von aus Photovoltaik erzeugtem Bruttostrom in Deutschland bei 5,7 Prozent, so meldet das Statistische Bundesamt. Zum Vergleich: Zwei Jahre zuvor, im Jahr 2012, betrug der Anteil noch 4,2 Prozent.

Nach der deutschen Rechtschreibreform heißt es nun Fotovoltaik. Jedoch darf das auch Wort Photovoltaik verwendet werden. Aus diesem Grund finden Sie beide Schreibweisen in diesem Text.

Photovoltaik und seine Funktion

Der photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahr 1839 entdeckt. Der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel bemerkte die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mittels einer Solarzelle. Genau diesen Effekt nutzt eine Anlage, die solar betrieben wird.

Diese Solarzelle besteht aus Materialien, die Halbleiter-Eigenschaften vorweisen.

Als Hableiter werden Stoffe bezeichnet, die unter bestimmten Umständen etwas sein können oder eine gewisse Funktion besitzen, die sie wiederum bei anderen Umständen nicht annehmen können. In einer Solarzelle fungieren sie als elektrischer Leiter und Nichtleiter.

Strömt Wärme und Licht auf die Solarzelle einer Photovoltaikanlage wandelt sich das Material in ein elektrisch leitfähiges. Bei niedrigen Temperaturen wirkt die Oberfläche wie ein Isolator; sie isoliert also die elektrische Solarenergie.

Mehr als 95 Prozent aller Solarzellen auf der Welt nutzen das Material Silizium. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass das Element sehr häufig auf der Welt vorkommt. Aufgrund von Wanderungen (auch Rekombination genannt) der positiven und negativen Ladung durch die Schichten der Solarzelle entsteht Solarenergie.

Der Aufbau einer Photovoltaikanlage

Da eine einzige Solarzelle nur wenig Sonnenenergie in Strom wandelt, besteht ein Solarmodul aus mehreren Zellen, die Seite an Seite angebracht werden. Mehrere Solarmodule ergeben wiederum einen Solargenerator.

Um das Solarmodul und die empfindlichen Solarzellen der Anlagen vor äußeren Einflüssen zu schützen, liegt ein Spezialglas auf der Oberfläche. Dieses ist lichtempfindlich und lässt die Sonnenenergie ohne Probleme durch.

Zusätzlich ist ein Wechselrichter für die Photovoltaikanlage notwendig. Der Wechselrichter ist eines der wichtigsten Bestandteile in der Solaranlage. Er wandelt den produzierten Gleichstrom in Wechselstrom.

Die Photovoltaikanlage erzeugt ausschließlich Gleichstrom. Dieser Strom fließt lediglich in eine Richtung und bleibt von seiner Stärke immer gleich. Wechselstrom dagegen ändert sich regelmäßig. Der Strom, der aus der Steckdose eines normalen Privathaushaltes kommt, ist Wechselstrom. Aus diesem Grund muss der Gleichstrom aus der Photovoltaikanlage umgewandelt werden.

Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter. Eine Photovoltaikanlage, die den Strom in das öffentliche Stromversorgungsnetz einspeist, wird netzgekoppelte Solaranlage genannt. Hiervon werden vier Wechselrichterarten unterschieden:

• String-Wechselrichter
• Multistring-Wechselrichter
• Modul-Wechselrichter
• Zentral-Wechselrichter

Der String-Wechselrichter nutzt mehrere Stränge (engl. strings) für Module, die zu einem Wechselrichter führen. Der Multistring-Wechselrichter besitzt zwei oder drei MPP-Tracker, während das einfache Gerät über nur einen Tracker verfügt. Bei dieser Bauart schließen Solarteure (so die korrekte Berufsbezeichnung für eine Fachkraft für Solartechnik) mehrere Stränge an einen Wechselrichter.

Soll jeder String einen eigenen Wechselrichter besitzen, ist der String-Wechselrichter für Photovoltaikanlagen zu empfehlen.

Ein MPP ist ein Akronym für die englische Bezeichnung Maximum Power Point. Er ist also der bestmögliche Betriebspunkt. Der MPP zeigt denjenigen Punkt einer Solarzelle an, an dem die maximale Leistung (Strom und Spannung) von Photovoltaikanlagen entnommen werden kann. Ein Tracker (engl. für Aufspürer oder Sucher) ist eine Art Mikroprozessor, der die Strom- und Spannungswerte der Solarzelle misst und sie so anpasst, dass sie immer am Optimum arbeitet.

Soll jedes Solarmodul einen eigenen Wechselrichter besitzen, ist der Modul-Wechselrichter das richtige Produkt für Ihre Solaranlage. Der Zentral-Wechselrichter ist dagegen nur für große, oftmals industrielle, Anlagen gedacht. Große Freiflächenanlagen verfügen über einen Zentral-Wechselrichter, um solar Energie zu produzieren.

Dieser bietet jedoch einen Nachteil: Fällt der Wechselrichter aus, kann kein Strom mehr umgewandelt werden. Aus diesem Grund gehen viele Photovoltaik-Besitzer auf mehrere kleine Wechselrichter über.

Zusätzlich zu den Solarzellen und -modulen sowie dem Wechselrichter ist an die Verkabelung der Photovoltaikanlage zu denken. Ein Einspeisezähler oder Eigenverbrauchszähler werden außerdem noch benötigt.

Je nachdem, ob die Photovoltaik-Technik für den Eigenverbrauch gekauft wurde, fällt noch ein Solarstromspeicher an. Dieser wird auch für die Solarthermie-Technik benötigt.

Solarstrom speichern

Aufgrund einiger Förderprogramme des Bundes war es vor einigen Jahren ein sehr kostengünstiges Vorhaben, eine Photovoltaikanlage zu installieren. Die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz rentierte sich mehr, als den aus Solarenergie produzierten Strom selbst zu verbrauchen.

Nun haben sich aber einige Richtlinien und Förderungen geändert, weshalb der Photovoltaik-Eigenverbrauch immer mehr in den Vordergrund rückt. Die Einspeisung wird nicht mehr so hoch vergütet, so verbrauchen die Photovoltaik-Besitzer den Strom nun selbst.

Doch warum sollten Sie Solarstrom speichern? Photovoltaik (abgekürzt auch PV) nutzt die Sonnenenergie. Da die Sonne nicht 24 Stunden lang scheint oder es auch bewölkte und regnerische Tage gibt, kann die Solaranlage also dementsprechend keinen Strom erzeugen.

Aus diesem Grund gibt es seit einiger Zeit Stromspeicher. In einer größeren Form, also als Pumpspeicherkraftwerke, werden sie bereits vom Bund genutzt, um teilweise die deutsche Bevölkerung mit erneuerbaren Energien zu versorgen.

Wer Solarstrom speichern möchte, sollte sich vorher fragen, ob er eher den Eigenverbrauch mit Photovoltaik nutzen möchte oder den Strom der Anlagen einspeist. Dabei stehen also zwei Fragen im Raum:

• Eigenverbrauch und Autarkie von den hiesigen Stromanbietern?
• Hohe Wirtschaftlichkeit der Solaranlage und Geld erzielen?

Diese Fragen stellen sich nicht bei der Solarthermie. Hier wird die Warmwasserbereitung für das eigene Haus genutzt.

Haben Sie sich entschieden, Solarstrom zu speichern, haben Sie im nächsten Schritt die Wahl zwischen Blei- und Lithium-Akkus für die Anlage. Der Lithium-Ionen- und der Lithium-Eisen-Phosphat-Akku sind zwar vergleichsweise teuer in der Anschaffung, aber dafür langlebiger.

So können die Akkus bis zu 20 Jahre und länger bestehen. Zum Vergleich: Blei-Säure- oder Blei-Gel-Akkus haben eine Lebensdauer von etwa fünf bis zehn Jahren.

Wirkungsgrad der Photovoltaik-Technik

Ein wichtiger Aspekt beim Kauf von Anlage, die solar betrieben werden, ist der Wirkungsgrad von Photovoltaik. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle zeigt an, wie viel Sonnenenergie in Solarstrom umgewandelt wird. Diese Zahl ist die wichtigste Einheit bei einer Solaranlage.

Die Art der Photovoltaikanlage ist u.a. ausschlaggebend für die Erhöhung der Zahl. Der Typ der Solarzelle ist zudem noch wichtig. Während monokristalline Zellen einen Wirkungsgrad von 20 Prozent erreichen, schafft es amorphes Silizium auf nur etwa 8 Prozent.

Der Wirkungsgrad bei Photovoltaik-Technik kann auch von Wechselrichtern angezeigt werden. Dabei ist es wichtig, sich an dem Europäischen Wirkungsgrad anstatt dem maximalen Grad zu orientieren. Der Wirkungsgrad von einem Wechselrichter entscheidet, ob die gesamte Solaranlage wirtschaftlich ist und den größtmöglichen Ertrag bringt.

Die für die Photovoltaik-Technik anfallenden Kosten sind unterschiedlich, da es auch darauf ankommt, für welches System sich der Hausbesitzer entscheidet. Auch die Wahl des Stromspeichers und des Wechselrichters beeinflusst den Preis enorm.

Im Internet finden sich einige Rechner, die die für Photovoltaik anfallenden Kosten ausrechnen. Diese sind jedoch sehr ungenau und treffen nicht auf individuelle Grundstück zu.

Eher sind sie als Entscheidungshilfe und grobe Richtung zu sehen. Ein Solarteur kann Sie in der Regel besser beraten. Weitere Tipps zu Kosten und Co. erhalten Sie auf dem Internetportal zur Sonnenenergie SolarServer.

Photovoltaik: Förderung und Einspeisevergütung

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) trat im März 2000 in Kraft. Es regelt grundsätzlich zwei Dinge:

1. Die Einspeisung von Strom aus regenerativen Energien wird bevorzugt in das öffentliche Stromnetz eingespeist.
2. Die Erzeuger von Solarstrom und Co. erhalten eine Einspeisevergütung.

Die Photovoltaik-Einspeisevergütung richtet explizit an Solaranlagen-Besitzer, die den damit produzierten Strom in das öffentliche Netz einbringen. Hierfür bekommen Sie eine Vergütung ausgezahlt.

Der Staat verpflichtet sich, diese Förderung für die Photovoltaik-Technik 20 Jahre nach Inbetriebnahme der Anlage zu fördern. Die Photovoltaik-Einspeisevergütung gilt übrigens für volle Jahre. Sollten Sie also beispielsweise die Solaranlage im Juni errichten, gilt die Photovoltaik-Förderung für 20 Jahre und sieben Monate. Für Solarthermie-Anlagen sind die Förderbedingungen unterschiedlich. Mehr dazu lesen Sie weiter unten im Text.

Die Förderung für die Photovoltaik-Technik hängt maßgeblich von folgenden Punkten ab:

• Aufstellort der Solaranlage
• Zeitpunkt der Inbetriebnahme
• Größe der Anlage
• Höhe des Verbrauchs für das private Stromnetz

Solarthermie: thermische Solaranlage für Warmwasser

Solaranlagen werden grob in Fotovoltaik und thermische Solaranlagen unterschieden. Eine thermische Solaranlage generiert aus Sonnenenergie Solarwärme zur Trinkwassererwärmung oder zur Heizungsunterstützung. Dieses Verfahren wird auch Solarthermie in der Solartechnik genannt. Mit diesem Verfahren können Sie Heizkosten sparen.

Die Hauptbestandteile dieser Solaranlage, also um solar Warmwasser zu produzieren sind: eine Wärmeträgerflüssigkeit, ein Speicher, eine Komplettstation, ein Heizkessel und Sonnenkollektoren.

Die thermische Solaranlage verfügt über Solarkollektoren, die das Gegenstück zu den Solarzellen von Photovoltaikanlagen bilden. Über sie wird die Sonnenenergie in Wärme umgewandelt. Diese gelangt durch einen Röhrenkreislauf in einen Speicher. Eine Solarpumpe hält den Kreislauf in Bewegung.

Als Solarspeicher dient die Wärmeträgerflüssigkeit, welche sich in den Sonnenkollektoren befindet und die Wärme zum Speicher transportiert. Von dort aus gelangt die Solarwärme in das Trink- und Heizungswassersystem.

Wenn das Warmwasser nicht solar erzeugt werden kann, springt der Heizkessel an. Er schaltet sich automatisch ein, falls keine Solarthermie stattfinden kann.

Die Förderung der mittels Solarthermie betriebenen Warmwasserbereitung übernimmt das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Sie fördert die Solarthermie-Heizung gemeinsam mit der KfW-Bankengruppe. Der Mindestförderbetrag beträgt 2.000 Euro für Solarthermie-Anlagen. Dabei findet auch die Größe und Art der Solarthermie-Anlage Beachtung.

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